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1、硕士学位论文M.D.Thesis基于键合图法的多领域系统建模与仿真TheModelingandSimulationformulti-domainSystemsBasedontheBondGraph危淑平WEIShuping二○一二年五月西北师范大学硕士学位论文摘要随着科学技术不断发展，对系统的要求也日益提高，按静态或者稳态条件设计的系统一般都不能满足预定的要求，必须经过动态分析和设计才能获得性能良好的系统。现今复杂产品如汽车，飞机等通常涉及机械、电子、控制、液压、气动和软件等多学科领域，由于每个领域着眼的目标和问题不同，必然会存在学科领域之间的耦合问
2、题，要研究这样复杂系统的动态特性，采用现有只涉及单一领域的仿真方法难以胜任。基于这一原因，本文利用键合图法对多领域系统建模与仿真进行了研究。利用20sim软件对键合图法的多领域系统建模是一种新的尝试，文中从简单的单领域到复杂的多领域都详细给出了建模过程。主要的创新工作如下：第一，针对多领域系统从单领域到多领域的发展过程，在20sim软件仿真的环境下，对单领域主要是电子域进行建模与仿真。在电子域中，首先对比较简单的有源滤波电路——KHK电路进行键合图的建模与仿真，最后对一个比较复杂的电路——典型蔡氏电路进行键合图建模与仿真，并证明了键合图法在单领域系统
3、中建模的有效性和可靠性。第二，针对多领域系统包括电子域、磁场域、机械域、液压域、热力学域等进行了键合图的建模与仿真，以电磁泵为例首先概述了电磁泵的基本工作原理，并建立电子域-磁场域-机械域-液压域的功率键合图模型，仿真分析了电磁泵中进出水的状态。在建立了电磁泵功率键合图模型的基础上，以电磁泵工作时泵腔内发热情况为研究对象，建立了电子域-磁场域-机械域-液压域-热力学域的伪键合图模型，并研究了在仿真过程中纹波产生和消除的原因，为今后键合图法在多领域系统中的研究提供了一定的理论基础。关键词：多领域系统；单领域系统；键合图法；伪键合图；20sim软件I基于
4、键合图法的多领域系统建模与仿真AbstractWiththedevelopmentofscienceandtechnology,therequirementforthesystemisbecomingmoreandmorehighly.Thesystemwhichisdesignedaccordingtothestaticorsteadystateconditionscan’tmeettherequirement.So,inordertoobtainthegoodsystem,itmustbedesignedwiththemethodofdynami
5、canalysis.Nowadays,thedesignofsomecomplexproducts,likethevehiclesandtheairplane,ofteninvolvetheareasofmachinery,electron,control,hydraulicpressure,pneumatic,andsoftware.Becausedifferentareashavedifferentcharacteristics,itmusthavethequestionofcouplingproblemamongdifferentareas.T
6、ostudythedynamiccharactersofthesecomplexsystems,theuseofthemethodthatonlyfitsthespecificareaapparentlycan’treachtherequirement.Becauseofthisreason,thisarticlepaysattentiontotheresearchofthemodelingandsimulationformulti-domainsystemsbasedonthebondgraph.Itisanewtrytousethe20simso
7、ftwaretomakeamulti-domainsystemmodelingwiththemethodofthebondgraph.Inthepaper,wegivetheparticularprocessfromthesimpleuniqueareatothecomplexmulti-domain.Themaininnovationpointsasfollows:Firstly,aimingatthedevelopmentofthemulti-domainsystemfromtheuniqueareatothemulti-domain,wemak
8、eamodelingandsimulationfortheuniqueareaespeciallytheel
